一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置制造方法及图纸

技术编号:19480432 阅读:26 留言:0更新日期:2018-11-17 10:34
本发明专利技术公开了一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置,该方法包括:根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型;依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型;将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型。实现了将一维电化学模型和三维热模型的耦合,从而生成锂离子电池针刺模型可以较为准确的输出电池内部及电池表面温度的分布,更加有益于电池的安全性设计,实现了提高锂离子电池安全性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置
本专利技术涉及锂离子电池
,特别是涉及一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置。
技术介绍
锂离子电池具有能量高、工作温度范围款、储存寿命长、无环境污染、无记忆效应等特点,已被广泛应用在便携装置、科学设备、交通工具以及卫星系统,但是目前安全性能问题已经制约了锂离子电池的发展,尤其是内短路问题。针刺实验是检测锂离子电池内短路安全性能的主要方法,对于锂离子电池针刺安全性的研究,可以更好地理解锂离子电池的温度分布,从而可以改善锂离子电池单体结果设计。但是目前对于锂离子电池针刺引发的安全事故具有机理不清晰以及可重复性差的问题,无法对针刺过程中的热失控发生原因和影响因素进行合理的分析,并且实际的锂离子电池针刺实验还会耗费大量的人力物力,且还具有非常大的危险性。虽然也有采用仿真模拟的方法来模拟锂电池针刺实验,但是都达不到很好的效果,无法实现提高锂离子电池安全性的作用。
技术实现思路
针对于上述问题,本专利技术提供一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置,实现了提高锂离子电池安全性的目的。为了实现上述目的,本专利技术提供了如下技术方案:一种锂离子电池针刺模型的建立方法,包括:根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型;依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型;将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型。可选地,所述根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型,包括:采集所述锂离子电池的物理化学参数;确定所述锂离子电池的目标域,所述目标域包括负极集流体、负极、隔膜、正极和正极集流体;建立所述目标域的一维几何模型,在所述一维几何模型上加载目标充放电方程,并对所述一维几何模型进行有限元网格划分,生成一维电化学模型。可选地,所述依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型,包括:建立所述锂离子电池的三维几何模型;通过所述一维电化学模型计算得到电极平均热量,并将所述电极平均热量作为所述三维几何模型的热场热源;对所述三维几何模型加载热场,并在所述三维几何模型的目标位置上添加温度探针,检测得到所述锂离子电池的温度变化数据;依据所述温度变化数据,计算得到热场方程;依据所述热场方程建立所述锂离子电池的初始三维热模型;对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。可选地,所述对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型,包括:计算钢针吸收热量,其中,所述钢针吸收热量表示当钢针插入所述锂离子电池内部时,钢针吸收的电池释放的热量;计算所述锂离子电池各组分活性物质损耗值;依据所述钢针吸收热量和所述各组分活性物质损耗值,对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。可选地,所述将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型,包括:通过所述三维热模型计算得到所述锂离子电池的电芯平均温度;通过所述一维电化学模型计算得到所述锂离子电池的平均生热率;将所述电芯平均温度作为所述一维电化学模型的电化学反应温度,并将所述平均生热率加载到所述三维热模型中,生成所述锂离子电池针刺模型,实现所述一维电化学模型和所述三维热模型的耦合。一种锂离子电池针刺模型的建立装置,包括:第一建立单元,用于根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型;第二建立单元,用于依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型;生成单元,用于将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型。可选地,所述第一建立单元包括:采集子单元,用于采集所述锂离子电池的物理化学参数;确定子单元,用于确定所述锂离子电池的目标域,所述目标域包括负极集流体、负极、隔膜、正极和正极集流体;一维模型建立子单元,用于建立所述目标域的一维几何模型,在所述一维几何模型上加载目标充放电方程,并对所述一维几何模型进行有限元网格划分,生成一维电化学模型。可选地,所述第二建立单元包括:几何模型建立子单元,用于建立所述锂离子电池的三维几何模型;第一计算子单元,用于通过所述一维电化学模型计算得到电极平均热量,并将所述电极平均热量作为所述三维几何模型的热场热源;检测子单元,用于对所述三维几何模型加载热场,并在所述三维几何模型的目标位置上添加温度探针,检测得到所述锂离子电池的温度变化数据;第二计算子单元,用于依据所述温度变化数据,计算得到热场方程;初始建立子单元,用于依据所述热场方程建立所述锂离子电池的初始三维热模型;校正子单元,用于对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。可选地,所述校正子单元包括:热量计算子单元,用于计算钢针吸收热量,其中,所述钢针吸收热量表示当钢针插入所述锂离子电池内部时,钢针吸收的电池释放的热量;损耗计算子单元,用于计算所述锂离子电池各组分活性物质损耗值;模型校正子单元,用于依据所述钢针吸收热量和所述各组分活性物质损耗值,对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。可选地,所述生成单元包括:温度计算子单元,用于通过所述三维热模型计算得到所述锂离子电池的电芯平均温度;生热率计算子单元,用于通过所述一维电化学模型计算得到所述锂离子电池的平均生热率;耦合子单元,用于将所述电芯平均温度作为所述一维电化学模型的电化学反应温度,并将所述平均生热率加载到所述三维热模型中,生成所述锂离子电池针刺模型,实现所述一维电化学模型和所述三维热模型的耦合。相较于现有技术,本专利技术提供了一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置,首先建立了锂离子电池的一维电化学模型和三维热模型,由于引入锂离子电池在针刺过程中各组分活性物质的损耗以及针刺热失控时钢针吸收的热量,为高温副反应过程的产热传热提供反馈,实现了将一维电化学模型和三维热模型的耦合,从而生成锂离子电池针刺模型可以较为准确的输出电池内部及电池表面温度的分布,更加有益于电池的安全性设计,实现了提高锂离子电池安全性的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种锂离子电池针刺模型的建立方法的流程示意图;图2为本专利技术实施例提供的一种构建一维电化学模型的方法的流程示意图;图3为本专利技术实施例提供的一种一维几何模型的示意图;图4为本专利技术实施例提供的一种建立三维热模型的方法的流程示意图;图5为本专利技术实施例提供的一种三维热模型的示意图;图6为本专利技术实施例提供的一种模型耦合的示意图;图7为本专利技术实施例提供的一种锂离子电池针刺模型的建立装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池针刺模型的建立方法,其特征在于,包括:根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型;依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型;将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池针刺模型的建立方法,其特征在于,包括:根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型;依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型;将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据锂离子电池的电极化学反应,构建得到一维电化学模型,包括:采集所述锂离子电池的物理化学参数;确定所述锂离子电池的目标域,所述目标域包括负极集流体、负极、隔膜、正极和正极集流体;建立所述目标域的一维几何模型,在所述一维几何模型上加载目标充放电方程,并对所述一维几何模型进行有限元网格划分,生成一维电化学模型。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述依据所述锂离子电池针刺时产生的总热量,建立所述锂离子电池的三维热模型,包括:建立所述锂离子电池的三维几何模型;通过所述一维电化学模型计算得到电极平均热量,并将所述电极平均热量作为所述三维几何模型的热场热源;对所述三维几何模型加载热场,并在所述三维几何模型的目标位置上添加温度探针,检测得到所述锂离子电池的温度变化数据;依据所述温度变化数据,计算得到热场方程;依据所述热场方程建立所述锂离子电池的初始三维热模型;对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型,包括:计算钢针吸收热量,其中,所述钢针吸收热量表示当钢针插入所述锂离子电池内部时,钢针吸收的电池释放的热量;计算所述锂离子电池各组分活性物质损耗值;依据所述钢针吸收热量和所述各组分活性物质损耗值,对所述初始三维热模型进行校正,得到所述锂离子电池的三维热模型。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将所述一维电化学模型和所述三维热模型通过温度和热量进行耦合,生成锂离子电池针刺模型,包括:通过所述三维热模型计算得到所述锂离子电池的电芯平均温度;通过所述一维电化学模型计算得到所述锂离子电池的平均生热率;将所述电芯平均温度作为所述一维电化学模型的电化学反应温度,并将所述平均生热率加载到所述三维热模型中,生成所述锂离子电池针刺模型,实现所述一维电化学模型和所述三维热模型的耦合。6.一种锂离子电池针刺模型的建立装置,其特征在于,包括:...

【专利技术属性】
技术研发人员:薛战勇蒋伟陈志金蒋亚北刘兆平田爽
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
类型:发明
国别省市:浙江,33

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1